蛋白质支链动力学快运动的核磁共振研究

蛋白质的功能不仅取决于其结构,而且受到其构像及其变化的影响. 许多生物化学过程就是由于蛋白质结构的一些动力学变化而完成,如蛋白质-蛋白质,蛋白质-药物配体之间的相互作用. 因此分析蛋白质的动力学变化,就能够对其参与的生化过程进行分析. 作为动力学研究的有力工具之一,核磁共振能够分辨到原子范围内的从千秒到皮秒时间范围的运动过程,因此在动力学研究中有着不可替代的作用. 本文仅就核磁共振在蛋白质支链快运动方法（ps-ns）研究方面的进展进行总结,以期阐明核磁共振的在支链动力学研究中的发展现状.     

NMR技术在蛋白质-蛋白质相互作用研究中的应用——泛素-蛋白水解酶体通路研究实例介绍

蛋白质-蛋白质相互作用在多种细胞内生理活动中发挥关键性作用,而蛋白质复合物结构信息的获得主要依赖于X-射线衍射技术和核磁共振技术2种主要技术手段的使用. 需要指出的是,虽然大部分蛋白质复合物的结构解析使用了X-射线衍射技术,然而在包括无法获得蛋白质复合物晶体、 蛋白质与蛋白质结合强度较弱以及蛋白质复合物系统具有复杂的动力学行为等几种情况下,核磁共振技术是可用于蛋白质复合物结构测定的唯一手段. 用于蛋白质-蛋白质相互作用研究的NMR技术主要有化学位移扰动分析、分子间NOE的检测、顺磁弛豫增强技术、残余偶极耦合检测技术等几种. 该文将结合这几种技术在泛素-蛋白水解酶体通路领域的应用实例对它们的工作原理以及可提供的信息做出总结介绍.     

蛋白质空间结构的实验技术和理论方法

文章主要介绍几种蛋白质空间结构的实验测定方法.在现代生物学研究中,最常用的方法包括X射线晶体学、二维核磁共振（2D-NMR）和低温冷冻电镜.近几年发展起来的单分子技术在生物大分子动态结构的研究中应用越来越多.这些方法都有它们特定的时间和空间分辨率,所测定的结构及其动力学受环境热运动涨落的影响也非常不同,文章对这些问题作了较详细的分析.在蛋白质结构的理论方法方面,介绍了一个新的折叠理论及其与现有折叠模型的关系.讨论了模拟计算在研究蛋白质构象变化和动力学方面的应用,同时强调了分子动力学和蒙特卡罗方法.指出粗粒化模型是研究的热点之一,对生物学中经常遇到的多长度多时间尺度问题提供了一个可行的解决方案.     

蛋白质空间结构的实验技术和理论方法

文章主要介绍几种蛋白质空间结构的实验测定方法，在现代生物学研究中，最常用的方法包括X射线晶体学、二维核磁共振（2D-NMR）和低温冷冻电镜，近几年发展起来的单分子技术在生物大分子动态结构的研究中应用越来越多，这些方法都有它们特定的时间和空间分辨率，所测定的结构及其动力学受环境热运动涨落的影响也非常不同，文章对这些问题作了较详细的分析，在蛋白质结构的理论方法方面，介绍了一个新的折叠理论及其与现有折叠模型的关系．讨论了模拟计算在研究蛋白质构象变化和动力学方面的应用，同时强调了分子动力学和蒙特卡罗方法．指出粗粒化模型是研究的热点之一，对生物学中经常遇到的多长度多时问尺度问题提供了一个可行的解决方案。     

核磁共振研究中蛋白质样品的同位素标记策略

在运用核磁共振技术研究蛋白质溶液三维结构和动态特性中,蛋白质的同位素标记表达是研究的关键. 至今已发展的同位素标记技术和蛋白质表达系统已获得了广泛的应用,对蛋白质的核磁共振研究起到了巨大的推动作用. 但是随着蛋白质研究的深入发展,原有的一些常规标记表达技术已不能完全适应核磁共振研究的需要. 近年来,陆续出现的一系列同位素标记新技术和蛋白质表达新系统可以满足不同物种来源的蛋白质及更高分子量的蛋白质的核磁共振研究的需要. 本文旨在对这些蛋白质标记表达新技术的方法及应用予以逐一介绍.     

核磁共振与分子生物学研究

本世纪四十年代,物理学上发现了物质的核磁共振现象.核磁共振技术在六十年代已广泛应用于生物学领域.近来,核磁共振技术的发展极为迅速,特别是超导体强磁场核磁共振波谱仪(图1)和脉冲傅里叶变换核磁共振新装置在生物学中卓有成效地应用,给分子生物学提供了其它理化方法所不能得到的许多宝贵新资料. 一般认为,分子生物学的中心课题之一,是研究蛋白质、酶和核酸等生物大分子的结构、功能及其合成。 一、蛋白质 目前蛋白质的核磁研究主要有三方面内容:(1)直接观察蛋白质大分子本身,特别是蛋白质的天然构型或折褶构型状态中链的相互作用以及折褶…     

固体核磁共振研究淀粉样蛋白纤维的进展

淀粉样蛋白纤维是一类纤维状的蛋白质聚集体,与多种蛋白质沉积疾病相关. 对淀粉样蛋白纤维结构的研究,有助于人们从分子水平上阐述其形成机理, 提供相关疾病预防或治疗的依据. 由于淀粉样蛋白纤维不可溶、非结晶,因此液体核磁共振和X-射线衍射等方法对这类体系的应用受限,而固体核磁共振被认为是研究这类体系最具前景的技术. 该综述介绍了固体核磁共振解析蛋白质结构的方法及其应用于淀粉样蛋白纤维体系的研究进展.     

蛋白质分子核磁共振谱峰的特性及其化学位移归属

尽可能完全、准确地归属蛋白质分子的核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）谱峰,是解析可信赖、高质量的蛋白质三维空间溶液结构的首要条件．自动归属软件的开发和应用,已经方便并加快了蛋白质分子核磁共振谱峰的归属进程．然而,对蛋白质核磁共振研究领域的新手来说,因为缺乏对蛋白质分子的核磁共振谱峰特性的系统认识而可能发生对自动归属结果的错误指认或指认不完全,从而导致蛋白质结构解析的错误或偏差．该文针对蛋白质分子中的核磁共振谱峰特性,比如同位素效应和立体异构等,结合具体的蛋白质分子的核磁共振实验图谱,进行了较为详尽的论述,期望对从事蛋白质核磁共振的研究者在理解蛋白质分子的核磁共振谱峰特性及其归属方面有所裨益．     

磁共振波谱与成像技术

文章简要介绍了核磁共振的基本原理,详细阐述了液体核磁共振在蛋白质结构、功能和动力学等方面的研究进展,论述了增强固体核磁共振分辨率的方法及其应用,讲述了磁共振成像的原理并综述了不同磁共振成像方法的应用研究进展,并对核磁共振的发展作了展望。     

非天然氨基酸在蛋白质动态特性核磁共振研究中的应用

核磁共振（NMR）是蛋白质结构解析的主要方法之一.除可获得蛋白质的高分辨结构外,NMR还可用于观测最接近生理条件的蛋白质动态构象,获得蛋白质行使生物学功能的详细机制.非天然氨基酸定点标记方法可显著减少大分子量蛋白质的信号数目,降低数据采集和分析难度,已广泛运用于蛋白质结构和功能研究.本文介绍了常用的在蛋白质中引入非天然氨基酸的实验方法,包括蛋白质化学合成法、蛋白质化学修饰法、氟代芳香族氨基酸插入和基因密码子编辑的位点特异性插入等方法,并介绍了部分应用非天然氨基酸结合NMR研究大分子量蛋白的成功案例.此外,此篇综述讨论了目前非天然氨基酸标记在蛋白质研究中的局限性及发展方向.     

先进固体NMR技术研究高分子结构与动力学

随着固体NMR理论和谱仪硬件技术的不断发展,近年来固体NMR技术在高分子多尺度结构与动力学研究领域中正发挥着越来越重要的作用. 多脉冲及高速魔角旋转（MAS）等质子高分辨技术的发展使得高灵敏度的¹H谱可有效地用于高分子化学结构与链间相互作用的检测;基于化学键（J-耦合）相关和通过空间（偶极耦合）相互作用的各种二维异核相关谱NMR新技术,使得复杂高分子的链结构得以严格解析. 基于MAS下同核和异核偶极-偶极相互作用、化学位移各向异性等各向异性相互作用重聚的系列新技术,使得研究者可在采用高分辨¹H或¹³C 检测信号的同时检测准静态下的各向异性相互作用,进而获得与之密切相关的结构和动力学信息. 通过质子偶极滤波技术可有效检测多相聚合物中的界面相与相区尺寸、高分子共混物中的相容性等问题. 在动力学的研究中,通过质子间自旋扩散的有效压制技术和化学位移各向异性的重聚,目前已经可以有效地获取链段上单个化学键的快速局域运动以及链段的超慢分子运动. 上述丰富的多尺度NMR技术可以使研究者在不同空间和时间尺度上对高分子聚合物的微观结构、相分离和动力学行为等进行详细的研究,进而阐明高分子微观结构与宏观性能的关联. 该文以固体NMR中最主要的2类核（¹H和¹³C）的检测技术为主线,简单介绍近年来固体NMR领域的一些最新研究进展及其在高分子结构和动力学研究中的应用.     

核磁共振新技术国际研讨会论文摘要集（英文）

Structural genomics and proteomics were born from the understanding that functions of a protein are dictated by its 3D structure and dynamics. To understand protein functions on a genomic scale, we must know protein structures on a genomic scale. High resolution NMR can be used for this purpose. Traditional multidimensional NMR structure determination protocols become ineffective for structural genomics since to obtain a structure of a small protein of 15kD requires many months of painstaking spectral analysis and modeling. Recent advances in magnet and probe technology and in experimental methods have expanded the range of proteins amenable to structure determination and make the large scale structure determination possible. These advances are (1) effective expression systems for protein production, (2) introduction of cryoprobe, (3) structure determination with the use of the minimal amount of structural restraints obtained from the chemical shifts, residual dipolar couplings, NOEs, and computer modeling. In this talk,Iwill briefly outline these developments and related works done in our NMR lab.     

水化磷脂层中蛋白质和多肽的高分辨固体核磁共振波谱学

有序样品的固体核磁共振(NMR)已快速发展成测定蛋白质和多肽在“仿真”水化磷脂层中高分辨结构的重要谱学方法. 由于与膜相连的蛋白质和多肽的结构、动力学和功能往往都和其周边自然环境密切相关,因此人们把蛋白质和多肽有序排列于水化磷脂层中进行固体NMR测量, 从而获得与取向相关的各向异性自旋相互作用. 这些取向约束可作为结构参数重构蛋白质在水化磷脂层中的高分辨三维结构. 近十年来在样品制备,NMR探头和实验方法方面的显著发展,极大地促进了有序样品的固体NMR的发展,并使之成为测定与膜相连的蛋白质和多肽结构的有效方法. 该综述介绍有序样品的固体NMR谱学方法,并总结此领域里的最新研究进展.     

高磁场核磁共振波谱学在临床医学上的应用

本篇是有关以高磁场核磁共振(非成像)探讨生物体液如体尿及血浆于临床医学上、采样前处理以及一般用到之核磁共振技术,并从文献上举例说明如何利用核磁共振来诊断新陈代谢及病发状态。其成份组成在波谱上观察得到与否,主要靠分子运动以及浓度来决定,分子运动影响了核弛豫,各组成间所显现之不同弛豫可用来做波谱编排,因此不同之分子运动亦有可能做为诊断之依据。     

用核磁共振方法研究金属离子与蛋白质的相互作用

许多蛋白质含有金属离子,金属离子对蛋白质发挥生物学功能起着很大的作用. 金属离子与蛋白质的相互作用以及参与蛋白质功能调节的方式各种各样：有些金属离子高度专一性地与蛋白质紧密结合,对蛋白质发挥生物学功能起着关键性的作用;有些金属离子只是作为蛋白质发挥功能的辅助因子而瞬态地与蛋白质松散结合. 本文简要介绍目前国际上用NMR方法研究抗磁金属离子和顺磁金属离子与蛋白质相互作用的进展,并具体介绍了NMR方法在钙调蛋白、锌指蛋白、朊病毒蛋白等金属离子蛋白研究上的应用.     

核磁共振扩散测量和q-空间成像进展(英文)

在过去的近半个世纪, NMR扩散测量在理论和实践方面都不断取得进展,使得测量更加可靠和准确,并能获取越来越多的信息.随着扩散测量技术的发展,其科学应用范围也不断增加,覆盖从物理化学到临床医学等各个领域. NMR扩散测量不仅能提供分子的平移运动动力学信息,而且也可以提供影响平移运动的局部几何结构的信息,后一种应用通常称为q-空间成像.该综述聚焦于过去10年中的NMR扩散研究方面一些重大的进展.     

核磁共振、X射线小角散射以及计算机模拟相结合构建生物大分子复合物的结构模型

近年来,结构生物学研究越来越注重生物大分子复合物的解析,因为许多重要生物学过程都离不开复合物的参与．溶液核磁共振是目前重要的结构解析方法之一．X射线小角散射(SAXS)作为一种新的结构生物学实验手段,近年来发展迅速．SAXS 能提供生物大分子复合物的较低分辨率结构信息,而核磁共振能解析复合物中各个亚基的原子分辨率结构．此外,通过核磁共振还能得到亚基之间的界面、取向以及距离信息．因此近年来通过计算机模拟,整合核磁共振和 SAXS 不同分辨率的结构信息,可以用来搭建生物大分子复合物的结构模型．该综述重点介绍这方面的研究进展．